(57)【要約】  燃焼室内で予混合燃焼と拡散燃焼とが行われるエンジンに対し、エンジン負荷が低くなっていくに従い、総燃料噴射量に対する予混合燃焼用燃料噴射の噴射量の比率を高く、且つ拡散燃焼用燃料噴射の噴射量の比率を低く設定していく。これにより、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率を次第に小さくしていく。高負荷運転時には燃焼の安定性が確保でき、低負荷運転時には排気エミッションの改善及び燃焼音の低減化が図れる。
2011118028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とが個別に実行されるようになっており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間を長くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記酸素濃度調整手段によって調整される上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力を調整可能な圧力調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記圧力調整手段によって調整される上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項４記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記酸素濃度調整手段は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置による排気ガスの吸気系への還流量を増大させていくことによって上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置による吸入空気の過給量を減少させていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を制限可能とする吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁による吸入空気の制限を大きくしていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に係る。特に、本発明は、燃焼室内における予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ場合もある）からの燃料噴射タイミングや燃料噴射量を調整することにより燃焼室内での燃焼形態を制御することが行われている。【０００３】
上記ディーゼルエンジンの燃焼は、下記の特許文献１にも開示されているように、主として予混合燃焼と拡散燃焼とにより成り立っている。インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、先ず、燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される（着火遅れ期間）。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む（予混合燃焼）。更に、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる（拡散燃焼）。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる（後燃え期間）。【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。ＮＯｘの発生量を抑制するものとして、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている（例えば下記の特許文献２を参照）。また、スモークの発生量を抑制するための対策として、エンジンの圧縮行程で副噴射を実行し、この副噴射での燃焼を予混合燃焼とすることで燃焼場での酸素不足の解消を図ることが知られている（例えば下記の特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５６５１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１５号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで、ＮＯｘの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することを目的として、燃焼室内での燃焼形態を制御することが提案されている（上記特許文献１等）。【０００７】
従来において、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立するべく、燃焼室内での適正な燃焼を実現するための手法としては、エンジン回転数やエンジンの要求トルク等といった運転状態毎（エンジン回転数と要求トルクとをパラメータとする運転状態マップの格子点毎）に適正な燃料噴射形態（燃料噴射パターン）や筒内環境（筒内のガス状態）の適合を行っている。【０００８】
例えば、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料噴射時期やＥＧＲ量等の適合値を試行錯誤で個別に求めていき、これら多数のエンジン運転状態毎に対応した適合値をマップ化することで燃料噴射マップやＥＧＲマップを作成していた。そして、この燃料噴射マップに従って、現在のエンジン運転状態に適した燃料噴射時期等を設定してインジェクタの制御を行ったり、ＥＧＲマップに従って、現在のエンジン運転状態に適したＥＧＲ量を設定してＥＧＲバルブの制御を行ったりしていた。【０００９】
このようにしてエンジンの複数の運転状態に対して実験的に適合値を個別に求めていたため、エンジン運転領域の全域に亘って適正な燃料噴射形態や筒内環境が設定されている保証がなかった。つまり、ある運転状態（上記適合値が求められていない運転状態）では、燃焼室内での燃焼のうち拡散燃焼の割合が高くなり過ぎることでＮＯｘの発生量が著しく多くなったり、また、ある運転状態では、燃焼室内での燃焼のうち予混合燃焼の割合が高くなり過ぎることで燃焼が不安定になり、燃焼音が著しく大きくなってしまう可能性があった。上記ＮＯｘの発生量を抑制するために、燃料噴射タイミングを大幅に遅角側に移行させることも行われているが、これでは、燃焼効率の悪化を招き、十分なエンジントルクの確保ができなくなったり、燃料消費率の悪化を招いてしまうことに繋がってしまう。【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の運転状態に応じた適切な燃焼形態（予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態）を実現することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整する（これら燃焼が同時並行される場合のそれぞれの熱発生量の比率を調整することにより各燃焼相互の独立度合いを調整する）ことで、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制が図れるようにしている。【００１２】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えさせている。【００１３】
この特定事項により、内燃機関の負荷が比較的高い状況（または、内燃機関の要求出力が比較的大きい状況）では、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率（以下、拡散燃焼実行率と呼ぶ）を高く設定する。このように、拡散燃焼実行率を高く設定した場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性が高く設定されることになる。これにより、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化（不安定化）したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持され、燃焼室内での燃焼を安定的に行うことができる。そのため、特に燃焼の安定化が要求される高負荷運転時において十分な出力を得ることができる。【００１４】
一方、内燃機関の負荷が比較的低い状況（または、内燃機関の要求出力が比較的小さい状況）では、上記拡散燃焼実行率を低く設定する。内燃機関の高負荷では燃焼期間が長く、燃焼重心を遅角する余裕がない。これに対し、内燃機関の軽負荷では燃焼重心を遅角する余裕があり、拡散実行率の低減が可能である。そのため、このような内燃機関の負荷が比較的低い状況では、拡散燃焼実行率を低く設定し、上記各燃焼が併存する燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きくして、スモーク発生量及びＮＯｘ発生量を共に抑制可能な燃焼形態として排気エミッションの改善を図る。【００１５】
以上のように、本解決手段では、内燃機関の負荷（または、内燃機関の要求出力）に応じて拡散燃焼実行率を連続的に調整する（段階的に調整する場合も含む）ことで、予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるようにし、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することができる。【００１６】
上記燃料噴射弁の燃料噴射形態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。先ず、上記燃料噴射弁が、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とを個別に実行するものとする。そして、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく構成としている。【００１７】
また、この場合に、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間（各燃焼が重畳する期間）を長くしていく構成としている。この場合に、上記拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「拡散燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことも挙げられるが、この「拡散燃焼」の燃焼重心の遅角側への移行量は、内燃機関の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、この「拡散燃焼」の燃焼重心は、「予混合燃焼」による筒内予熱量等によっても左右されるものである。尚、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料（例えば上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料）が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「１００％」とした場合において、燃焼度合いが「５０％」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「５０％」に達したときをいう。【００１８】
また、上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。また、この燃焼室内での燃料噴射前のガス状態としては、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度や燃焼室内の圧力が挙げられる。【００１９】
先ず、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度によって拡散燃焼実行率を調整するための具体構成としては、上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備えさせる。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率調整手段が、上記酸素濃度調整手段によって調整される上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていく構成としている。【００２０】
この場合の酸素濃度調整手段として具体的には、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置である。そして、この排気還流装置による排気ガスの吸気系への還流量を増大させていくことによって上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていく構成としている。【００２１】
一方、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力によって拡散燃焼実行率を調整するための具体構成としては、上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力を調整可能な圧力調整手段を備えさせる。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率調整手段が、上記圧力調整手段によって調整される上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。【００２２】
この場合の圧力調整手段として具体的には、吸気系において吸入空気を過給する過給装置である。そして、この過給装置による吸入空気の過給量を減少させていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。【００２３】
また、圧力調整手段として、吸気系において吸入空気量を制限可能とする吸気絞り弁も挙げられる。そして、この吸気絞り弁による吸入空気の制限を大きくしていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。【００２４】
これらの特定事項により、拡散燃焼実行率を容易に且つ連続的に調整することが可能になり、内燃機関の運転領域の全域に亘って適正な燃料噴射形態や筒内環境が設定されることになり、予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、燃焼室内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整している。これにより、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成図である。
【図２】図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、各拡散燃焼実行率における熱発生率波形とその熱発生率波形を得るための燃料噴射パターンとを例示した図である。
【図５】図５は、拡散燃焼用燃料噴射の噴射率設定マップを示す図である。
【図６】図６は、拡散燃焼実行率の設定マップを示す図である。
【図７】図７は、拡散燃焼実行率に応じて予混合燃焼用燃料の噴射比率を設定するマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２８】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００３０】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００３１】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３２】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００３３】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００３４】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００３５】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５及びＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００３６】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００３７】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００３８】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３９】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００４０】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００４１】
尚、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すようにピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００４２】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００４３】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６及び排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００４４】
更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給装置（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４の内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４５】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００４６】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００４７】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４８】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２の上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００４９】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５０】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００５１】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００５２】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ２３の燃料噴射制御として、本実施形態では、従来の一般的なディーゼルエンジンにおいて実行される、パイロット噴射、プレ噴射等の副噴射は実行せず、エンジントルクを得るためのメイン噴射のみが実行されるようになっている。つまり、パイロット噴射やプレ噴射を実行しないことで、メイン噴射が開始されるまでの筒内の予熱動作は行われないようにしている。
【００５３】
このメイン噴射での総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。
【００５４】
−燃料噴射圧−
上記メイン燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００５５】
上記メイン噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００５６】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度（エンジン回転数）を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度及びアクセル開度等に基づいて総メイン噴射量（メイン噴射での噴射量）を決定する。
【００５７】
−分割メイン噴射−
ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量及びスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態を適切にコントロールするための手法として以下に述べるような分割メイン噴射（分割主噴射）による燃料噴射手法を見出した。以下、具体的に説明する。
【００５８】
本実施形態では、エンジン負荷の変化に応じて上記メイン噴射の噴射形態を連続的に変更するようにしている。具体的に、本実施形態における燃料噴射制御では、上記メイン噴射の噴射形態として２回または３回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量（要求トルクを得るための総燃料噴射量）を確保している。
【００５９】
そして、本実施形態において特徴とする分割メイン噴射は、燃焼室３内での燃焼として、主に予混合燃焼を行わせるための燃料噴射である予混合燃焼用燃料噴射と、主に拡散燃焼を行わせるための燃料噴射である拡散燃焼用燃料噴射とを、それぞれ個別に１回または２回実行するようになっており、これら分割メイン噴射の噴射タイミング及び噴射量を上記エンジン負荷に応じて変更するようにしている。
【００６０】
尚、上記予混合燃焼用燃料噴射の終了タイミングと拡散燃焼用燃料噴射の開始タイミングとの間には所定のインターバルが設けられている。つまり、予混合燃焼用燃料噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止（インジェクタ２３を遮断）し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用燃料噴射が開始されるようになっている。このインターバルとしては、例えばインジェクタ２３の性能によって決定される最短閉弁期間（インジェクタ２３が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間：例えば２００μｓ）として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述する「拡散燃焼実行率」を実現するためのインターバルとして適宜設定される。負荷に応じた分割メイン噴射での燃料噴射形態（燃料噴射パターン）の詳細については後述する。
【００６１】
本実施形態における燃焼室３内での燃焼行程中における燃焼形態の概略は以下のとおりである。
【００６２】
この燃焼形態では、同一燃焼行程中に、予混合燃焼と拡散燃焼とが順に行われる。言い換えると、同一燃焼行程中に、先ず、上記予混合燃焼用燃料噴射が１回または２回実行され、その噴射された燃料が予混合燃焼によって燃焼室３内で熱を発生する。この予混合燃焼の開始初期時にあっては、上記拡散燃焼用燃料噴射は未だ実行されていないため、燃焼室３内での燃焼は予混合燃焼のみとなっている。以下、この燃焼期間を「予混合単独燃焼期間」と呼ぶこととする。
【００６３】
その後、所定のタイミングで、上記拡散燃焼用燃料噴射が１回または２回実行され、その噴射された燃料が拡散燃焼によって燃焼室３内で燃焼する。この拡散燃焼の開始初期時にあっては、未だ上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の燃焼（予混合燃焼）が継続されている。つまり、この拡散燃焼の開始初期時には、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する（同時並行する）重畳燃焼（オーバラップ燃焼）が行われている。以下、この予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間を「オーバラップ燃焼期間」と呼ぶこととする。
【００６４】
このオーバラップ燃焼期間では、時間の経過と共に予混合燃焼での熱発生率（クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量）が次第に小さくなっていき、逆に、拡散燃焼での熱発生率が次第に大きくなっていく。
【００６５】
そして、このオーバラップ燃焼期間が所定時間経過した後は、予混合燃焼での熱発生率が「０」となり、燃焼室３内での燃焼は拡散燃焼のみとなる。以下、このオーバラップ燃焼期間が終了した後の拡散燃焼のみによる燃焼期間を「拡散単独燃焼期間」と呼ぶこととする。
【００６６】
以上のように、１回の燃焼過程中には、「予混合単独燃焼期間」、「オーバラップ燃焼期間」、「拡散単独燃焼期間」の順で、燃焼室３内の燃焼形態が順に移っていくことになる。
【００６７】
尚、上記「予混合単独燃焼期間」での予混合燃焼は、気筒内の温度が、拡散燃焼に至る所定の拡散燃焼開始温度（例えば９００Ｋ）未満である状態で燃焼室３内に存在する燃料が着火することで行われる。具体的には、圧縮行程の進行に伴って燃焼室３内の燃焼場温度が８００Ｋ以上で且つ９００Ｋ未満の範囲にあるときに、上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射されている燃料が着火することにより上記「予混合単独燃焼期間」が開始される。
【００６８】
また、「オーバラップ燃焼期間」での拡散燃焼は、上記予混合燃焼の開始後、この予混合燃焼によって燃焼室３内の温度が上記拡散燃焼開始温度以上である状態で上記拡散燃焼用燃料噴射が実行されることで行われる。具体的には、上記予混合燃焼の燃焼場温度が９００Ｋに達した直後に拡散燃焼用燃料噴射が行われることで上記「オーバラップ燃焼期間」が開始される。
【００６９】
以下では、予混合燃焼用燃料噴射が２回実行される場合にあっては、第１回目の予混合燃焼用燃料噴射を「第１予混合燃焼用燃料噴射」と呼び、第２回目の予混合燃焼用燃料噴射を「第２予混合燃焼用燃料噴射」と呼ぶこととする。また、拡散燃焼用燃料噴射が２回実行される場合にあっては、第１回目の拡散燃焼用燃料噴射を「第１拡散燃焼用燃料噴射」と呼び、第２回目の拡散燃焼用燃料噴射を「第２拡散燃焼用燃料噴射」と呼ぶこととする。
【００７０】
−拡散燃焼実行率−
本実施形態の特徴は、上記オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量（オーバラップ燃焼期間中での予混合燃焼による熱発生量と拡散燃焼による熱発生量との総和）に対する拡散燃焼での熱発生量の比率（オーバラップ燃焼期間中における拡散燃焼での熱発生量／オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量）を調整する点にある。以下、このオーバラップ燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼での熱発生量の比率を「拡散燃焼実行率」と呼ぶこととする。
【００７１】
以下、この拡散燃焼実行率を設定する技術的思想について説明する。この拡散燃焼実行率は、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いに相関がある。つまり、この拡散燃焼実行率が高い場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の高いものとなる。言い換えると、同一燃焼行程中における予混合燃焼での熱発生量の大部分は上記予混合単独燃焼期間中に発生し、また、その燃焼行程中における拡散燃焼での熱発生量の大部分は上記拡散燃焼単独燃焼期間中に発生するものとなる。この場合、熱発生率波形としては、予混合燃焼での熱発生率がピーク（最大値）となるタイミングと拡散燃焼での熱発生率がピークとなるタイミングとの間に比較的長いインターバルが存在することになる。
【００７２】
逆に、上記拡散燃焼実行率が低い場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の低いものとなる。言い換えると、同一燃焼行程中における上記予混合単独燃焼期間中での予混合燃焼の熱発生量は少なく、また、その燃焼行程中における上記拡散単独燃焼期間中での拡散燃焼の熱発生量も少なくなっている。この場合、熱発生率波形としては、予混合燃焼での熱発生率がピーク（最大値）となるタイミングと拡散燃焼での熱発生率がピークとなるタイミングとの間のインターバルは短くなる。
【００７３】
このように、拡散燃焼実行率は、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いに相関がある。つまり、これら予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いは、拡散燃焼実行率を調整することにより制御することができる。
【００７４】
そして、本実施形態では、エンジン負荷が高くなっていくに従って、つまり、エンジン１に要求される出力が大きくなっていくに従って上記拡散燃焼実行率を次第に高く設定していく。即ち、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高めるようにする（拡散燃焼実行率調整手段による拡散燃焼実行率の調整動作）。言い換えると、エンジン負荷が低くなっていくに従って、つまり、エンジン１に要求される出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率を次第に低く設定していく。即ち、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を低くしている。
【００７５】
図４（ａ）〜（ｅ）に示す各熱発生率波形は、拡散燃焼実行率を変化させていった場合における予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの熱発生率（クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量）の変化の一例を示している。尚、この図４に示す各熱発生率波形では、横軸をクランク角度とし縦軸を熱発生率としている。また、この図４では、予混合燃焼での熱発生部分に破線の斜線を付し、拡散燃焼での熱発生部分に実線の斜線を付している。更に、上記オーバラップ燃焼期間をＴで示している。
【００７６】
この図４からも判るように、拡散燃焼実行率が高いものほど（図４（ｅ）から図４（ａ）に向かうに従って）、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の高いものとなっている。このように、予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高く設定することで燃焼室３内での燃焼を安定化させることが可能である。これは、これら燃焼の独立性を高く設定した場合、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化（不安定化）したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持されるためである。そして、本実施形態では、特に燃焼の安定化が要求されるエンジン１の高負荷運転時において拡散燃焼実行率を高く設定しているため、高負荷運転時に十分なエンジン出力が得られ、ドライバのトルク要求に迅速に応えることが可能である。
【００７７】
一方、エンジン１の低負荷運転時にあっては、燃焼室３内での燃焼の安定化（高出力化）の要求度は比較的低いのに対して、排気エミッションの改善が要求される。そのため、拡散燃焼実行率を低く設定しておき、オーバラップ燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きく確保し（拡散燃焼が行われている期間のうち予混合燃焼も並行される期間を長く確保し）、スモーク発生量及びＮＯｘ発生量を共に抑制可能な燃焼形態とすることで排気エミッションの改善を図るようにしている。
【００７８】
−拡散燃焼実行率を設定するための燃料噴射パターン−
上述の如く拡散燃焼実行率を設定するための燃料噴射パターンについて以下に具体的に説明する。尚、以下に述べる燃料噴射パターンは所望の拡散燃焼実行率を得るための例示であって、本発明は、この燃料噴射パターンに限定されるものではない。
【００７９】
上記拡散燃焼実行率を調整するための燃料噴射パターンとしては、エンジン負荷が低くなっていくに従い、または、エンジン１の要求出力が小さくなっていくに従って、予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射量の割合を次第に小さくしていく。言い換えると、エンジン負荷が低くなっていくに従い、または、エンジン１の要求出力が小さくなっていくに従って、上記総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく。これにより、上記拡散燃焼実行率が次第に低く設定されていくことになる。
【００８０】
逆に、エンジン負荷が高くなっていくに従い、または、エンジン１の要求出力が大きくなっていくに従って、予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射量の割合を次第に大きくしていく。言い換えると、エンジン負荷が高くなっていくに従い、または、エンジン１の要求出力が大きくなっていくに従って、上記総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていく。これにより、上記拡散燃焼実行率が次第に高く設定されていくことになる。
【００８１】
図４（ａ）〜（ｅ）に示す各燃料噴射率波形は、それぞれ対応する熱発生率波形を得るための燃料噴射パターンを示している。この図４に示す各波形は、何れも、筒内の酸素濃度を同一濃度（比較的低い酸素濃度）とした場合における、燃料噴射パターンとその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形との関係を示している。
【００８２】
図４（ａ）は拡散燃焼実行率を９９％とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図４（ｂ）は拡散燃焼実行率を９０％とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図４（ｃ）は拡散燃焼実行率を６０％とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図４（ｄ）は拡散燃焼実行率を４０％とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図４（ｅ）は拡散燃焼実行率を２０％とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形をそれぞれ示している。
【００８３】
それぞれについて説明すると、拡散燃焼実行率を９９％に設定する図４（ａ）の場合、予混合燃焼用燃料噴射がピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で実行され、その後、第１拡散燃焼用燃料噴射及び第２拡散燃焼用燃料噴射の２回の拡散燃焼用燃料噴射が実行される。第１拡散燃焼用燃料噴射はピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で実行される。また、第２拡散燃焼用燃料噴射はピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で開始され、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で終了される。また、燃料噴射量としては、予混合燃焼用燃料噴射、第１拡散燃焼用燃料噴射、第２拡散燃焼用燃料噴射の順で多く設定されている。これにより、予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の予混合燃焼と、各拡散燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の拡散燃焼とは独立性の高いものとなる。つまり、上述した如く、燃焼室３内での燃焼が安定して行われるものとなる。
【００８４】
また、拡散燃焼実行率を９０％に設定する図４（ｂ）の場合、第１予混合燃焼用燃料噴射及び第２予混合燃焼用燃料噴射の２回の予混合燃焼用燃料噴射が実行される。これら予混合燃焼用燃料噴射は、何れもピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で実行される。その後、拡散燃焼用燃料噴射が実行される。この拡散燃焼用燃料噴射はピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で噴射が開始され、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で噴射が終了する。また、上記第１予混合燃焼用燃料噴射の噴射量が第２予混合燃焼用燃料噴射よりも多く設定され、拡散燃焼用燃料噴射の噴射量が第１予混合燃焼用燃料噴射よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を９０％に設定するもの（図４（ｂ））では、上記拡散燃焼実行率を９９％に設定するもの（図４（ａ））に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Ｔは長くなっている。
【００８５】
また、拡散燃焼実行率を６０％に設定する図４（ｃ）の場合、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で予混合燃焼用燃料噴射が実行され、その後、拡散燃焼用燃料噴射が実行される。この拡散燃焼用燃料噴射はピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で実行される。また、上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量が予混合燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を６０％に設定するもの（図４（ｃ））では、上記拡散燃焼実行率を９０％に設定するもの（図４（ｂ））に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Ｔは長くなっている。
【００８６】
また、拡散燃焼実行率を４０％に設定する図４（ｄ）の場合、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で予混合燃焼用燃料噴射が実行され、その後、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で拡散燃焼用燃料噴射が実行される。また、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が拡散燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を４０％に設定するもの（図４（ｄ））では、上記拡散燃焼実行率を６０％に設定するもの（図４（ｃ））に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Ｔは長くなっている。
【００８７】
また、拡散燃焼実行率を２０％に設定する図４（ｅ）の場合、先ず、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で噴射を開始し且つ圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で噴射を終了する予混合燃焼用燃料噴射が実行される。その後、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で拡散燃焼用燃料噴射が実行される。また、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が拡散燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を２０％に設定するもの（図４（ｅ））では、上記拡散燃焼実行率を４０％に設定するもの（図４（ｄ））に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Ｔは長くなっている。また、この場合、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多いため、この予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の一部の燃焼は拡散燃焼となっている。
【００８８】
このようにして、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、総燃料噴射量に対する予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を高く設定していく。言い換えると、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、総燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を低く設定していく。また、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、拡散燃焼の開始タイミング（上記オーバラップ燃焼期間の開始タイミング）が遅角側に移行するように燃料噴射パターンが調整されている。これは、拡散燃焼での燃焼室３内の温度の過上昇を抑えることによりＮＯｘの発生量を抑制するためである。但し、拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期の遅角側への移行量は、エンジン１の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、図４にオーバラップ燃焼期間Ｔで示すように、拡散燃焼実行率が低く設定されるほどオーバラップ燃焼期間Ｔは長くなっていく。具体的には、上述した如く、上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間（オーバラップ燃焼期間）を長くしていく。
【００８９】
−貫徹力について−
ここで燃料噴射量と貫徹力との関係について説明する。上記インジェクタ２３では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。そして、ニードルが最後退位置まで移動すると噴射孔の開口面積は最大となる。ところが、このニードルが最後退位置に達するまでに噴射指令信号が解除されると（閉弁指令を受けると）、後退移動している途中でニードルは閉弁方向に向かって前進することになる。つまり、この場合、噴射孔の開口面積は最大となることなく燃料噴射を終了することになる。このため、噴射期間が長く設定されるほど噴射孔の開口面積としては大きく得られることになる。
【００９０】
そして、上記噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離に相関がある。つまり、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく（貫徹力（ペネトレーション）が大きく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。一方、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく（貫徹力（ペネトレーション）が小さく）なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。
【００９１】
そして、上述した如く、インジェクタ２３の開弁期間が比較的長く設定された場合（言い換えると、メイン噴射１回当たりの噴射量が比較的多く設定された場合）には、ニードルが最後退位置まで移動することになって噴射孔の開口面積は最大となるので、この場合の燃料の液滴の飛行距離は長くなる。つまり、インジェクタ２３から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ１３ｂの外周端付近まで飛行可能な状態となる。
【００９２】
一方、インジェクタ２３の開弁期間が比較的短く設定された場合（言い換えると、メイン噴射１回当たりの噴射量が比較的少なく設定された場合）には、ニードルが最後退位置まで移動することがなく噴射孔の開口面積は小さいため、この場合の燃料の液滴の飛行距離は短くなる。つまり、インジェクタ２３から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ１３ｂの中央部付近までしか飛行できない状態となる。
【００９３】
このように、インジェクタ２３の開弁期間によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料（噴霧）の飛行距離とには相関がある。このため、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多く設定されるほど、燃料の飛行距離は長くなり、上記キャビティ１３ｂの外周端付近にまで燃料が飛行することになって、燃焼室３内の酸素との邂逅率が高く確保されることで酸素不足を解消できる。これにより、スモークの発生量を抑制することができる。つまり、拡散燃焼実行率が低く設定されて、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多く設定されるものほど、燃焼室３内の広範囲に亘って燃料が噴射されることにより、酸素不足を招くことのなしに燃焼が行われ、スモークの発生量を抑制することができる。
【００９４】
−拡散燃焼の着火タイミングについて−
本実施形態では、上記予混合単独燃焼期間での予混合燃焼によって燃焼室３内の予熱が十分に行われた状態で、上記拡散燃焼用燃料噴射が実行されることにより、この拡散燃焼用燃料噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
【００９５】
具体的に、ディーゼルエンジンにおける燃料の着火遅れとしては、物理的遅れと化学的遅れとがある。物理的遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間であり、燃焼場のガス温度に左右される。一方、化学的遅れは、燃料蒸気の化学的結合・分解かつ酸化発熱に要する時間である。そして、上述した如く気筒内の予熱が十分になされている状況では上記物理的遅れを最小限に抑えることができ、その結果、着火遅れも最小限に抑えられることになる。
【００９６】
従って、拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼形態としては、予混合燃焼が殆ど行われないことになり、大部分が拡散燃焼となる。その結果、拡散燃焼用燃料噴射の噴射タイミングを制御することがそのまま上記オーバラップ燃焼期間の開始タイミングを制御することに略等しくなり、燃焼の制御性を大幅に改善することができる。より具体的には、この拡散燃焼用燃料噴射の噴射タイミングや噴射量を調整することで、拡散燃焼での着火タイミング、熱発生率の変化割合（熱発生率波形の勾配）、熱発生率のピーク、燃焼重心に達する時期を共に制御することが可能になる。
【００９７】
−具体的な制御手順−
次に、上述の如く拡散燃焼実行率を設定してインジェクタ２３からの燃料噴射を実行する場合の具体的な制御手順について説明する。
【００９８】
先ず、上述した如く、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて総燃料噴射量が決定される。
【００９９】
その後、図５に示す噴射率設定マップに従って、上記総燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率（拡散燃焼用燃料噴射の噴射量／総燃料噴射量）を設定する。この噴射率設定マップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を設定するものであり、予め実験やシミュレーションにより作成されて上記ＲＯＭ１０２に格納されている。例えば、エンジン回転数が高いほど、また、エンジントルクが高いほど拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率としては高く設定されることになる。
【０１００】
このようにして、総燃料噴射量、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率（拡散燃焼用燃料噴射率）が求められることにより、この総燃料噴射量に、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を乗算することで拡散燃焼用燃料噴射での噴射量が求められ、この噴射量を上記総燃料噴射量から減算することで予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が求められることになる。例えば、総燃料噴射量が５０ｍｍ3の場合に、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量比率が６０％に設定されると、この拡散燃焼用燃料噴射での噴射量は３０ｍｍ3となる。この場合、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量は２０ｍｍ3となる。
【０１０１】
また、エンジン負荷に応じて拡散燃焼実行率を設定する。図６は、拡散燃焼実行率の設定マップを示す図である。このマップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして上記拡散燃焼実行率を設定するものであり、予め上記ＲＯＭ１０２に格納されている。そして、エンジン回転数が高いほど、また、エンジントルクが高いほど拡散燃焼実行率も高く設定されるようになっている（図６に破線で示す拡散燃焼実行率の値を参照）。尚、このようにして設定された拡散燃焼実行率で燃焼を実行するために行われる予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射タイミング及び拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射タイミングは、例えば所定の拡散燃焼実行率（例えば拡散燃焼実行率９０％）を基準とし、この基準とする拡散燃焼実行率に対して、実施しようとする拡散燃焼実行率の乖離量に従って設定される。つまり、実施しようとする拡散燃焼実行率が、基準とする拡散燃焼実行率に対して低い場合、その乖離量が大きいほど燃料噴射タイミングとしては遅角側に移行されていくことになる。逆に、実施しようとする拡散燃焼実行率が、基準とする拡散燃焼実行率に対して高い場合、その乖離量が大きいほど燃料噴射タイミングとしては進角側に移行されていくことになる。
【０１０２】
上述のようにして求められた予混合燃焼用燃料噴射での噴射量に対し、その必要な予混合燃焼用燃料噴射での噴射量を１回の予混合燃焼用燃料噴射で噴射するのか、２回の予混合燃焼用燃料噴射に分割して噴射するのかを、図７のマップに拡散燃焼実行率を当て嵌めることにより求める。つまり、拡散燃焼実行率が所定値（図７に示すものでは６０％）よりも高い場合には、上記第１予混合燃焼用燃料噴射及び第２予混合燃焼用燃料噴射の２回に分割して予混合燃焼用燃料噴射を実施する。これは、例えば図４における拡散燃焼実行率９０％（図４（ｂ））の場合に相当する。
【０１０３】
一方、拡散燃焼実行率が所定値以下であるよりも低い場合には、予混合燃焼用燃料噴射を分割せず、１回の噴射により実行する。これは、例えば図４における拡散燃焼実行率６０％（図４（ｃ））の場合や拡散燃焼実行率４０％（図４（ｄ））の場合に相当する。
【０１０４】
以上のようにして各マップに従い、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量や拡散燃焼用燃料噴射での噴射量等が設定され、各噴射が実行されることで、上述した所望の拡散燃焼実行率が得られることになる。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態では、エンジン負荷が高いほど、つまり、エンジン１に要求される出力が大きいほど拡散燃焼実行率を高く設定し、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高めるようにしている。このため、エンジン負荷が高い場合の燃焼の安定性を確保することができる。つまり、高負荷運転時において拡散燃焼実行率を高く確保することによって、十分なエンジン出力を得ることが可能になる。
【０１０６】
一方、エンジン負荷が低いほど、つまり、エンジン１に要求される出力が小さいほど拡散燃焼実行率を低く設定し、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を低く設定するようにしている。つまり、予混合燃焼と拡散燃焼とを合体燃焼により実行させるようにしている。このため、エンジン負荷が低い場合の排気エミッションの改善を図ることができ、また、燃焼音の低減も図ることが可能になる。
【０１０７】
以上のように本実施形態では、燃焼室３内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整することで、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制を図ることが可能である。
【０１０８】
−他の制御パラメータについて−
上述した実施形態では、インジェクタ２３から噴射される燃料の燃料噴射パターンによって拡散燃焼実行率を設定するようにしていた。これに代えて、または、これと併用して燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより拡散燃焼実行率を設定することも可能である。この燃料噴射前の筒内ガス状態としては、「筒内の酸素濃度」や「筒内の着火前圧力」が挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
【０１０９】
（筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率調整）
筒内の酸素濃度によって拡散燃焼実行率を調整する場合、拡散燃焼実行率を高く設定する場合ほど筒内の酸素濃度も高く設定する。具体的には、上記ＥＧＲバルブ８１の開度を小さくし、ＥＧＲ量を少なくすることで筒内の酸素濃度を高く設定する。逆に、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど筒内の酸素濃度も低く設定する。具体的には、上記ＥＧＲバルブ８１の開度を大きくし、ＥＧＲ量を多くすることで筒内の酸素濃度を低く設定する（酸素濃度調整手段による燃焼室３内の酸素濃度調整動作）。
【０１１０】
（筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率調整）
また、筒内の着火前圧力によって拡散燃焼実行率を調整する場合、拡散燃焼実行率を高く設定する場合ほど筒内の着火前圧力も高く設定する。具体的には、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構に備えられているノズルベーンの開度を小さくし、エンジン１の過給圧を高くする。または、上記スロットルバルブ６２の開度を大きくする。尚、これらノズルベーンの制御、スロットルバルブ６２の制御のうち一つのみを実行してもよいし、両方を同時に実行してもよい。逆に、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど筒内の着火前圧力も低く設定する。具体的には、上記ノズルベーンの開度を大きくし、エンジン１の過給圧を低くする。または、上記スロットルバルブ６２の開度を小さくする。尚、この場合にも、これらノズルベーンの制御、スロットルバルブ６２の制御のうち一つのみを実行してもよいし、両方を同時に実行してもよい（圧力調整手段による燃焼室３内の圧力調整動作）。
【０１１１】
このようにして燃料噴射前の筒内ガス状態によって拡散燃焼実行率を調整するようにした場合にあっても、上述した燃料噴射パターンによって拡散燃焼実行率を調整するようにした場合と同様の効果を奏することができる。つまり、エンジンの高負荷運転時においては、拡散燃焼実行率を高く確保することによって、十分なエンジン出力を得ることが可能になる。また、エンジンの低負荷運転時においては、排気エミッションの改善を図ることができ、また、燃焼音の低減も図ることが可能になる。
【０１１２】
（筒内の酸素濃度調整と着火前圧力調整との併用）
また、上述した筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率の調整と、筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率の調整とを併用する場合、エンジン負荷が比較的低い運転領域では、筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率の調整を行う。これに対し、エンジン負荷が比較的高い運転領域では、筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率の調整を行う。このようにしてエンジン負荷に応じて、拡散燃焼実行率の調整手法を筒内の酸素濃度と筒内の着火前圧力との間で切り替えるようにすれば、エンジン１の運転過渡時にスモークの発生を抑制することが可能となる。
【０１１３】
例えば、エンジン１が高負荷運転から低負荷運転に移行する際に、筒内の酸素濃度を低くして拡散燃焼実行率を低く設定した場合、燃焼室３内の酸素不足によってスモークが発生する可能性がある。これを回避するべく本実施形態では、筒内の着火前圧力を低くして拡散燃焼実行率を低く設定することでスモークの発生を回避しながら拡散燃焼実行率を低く設定できることになる。具体的な制御動作としては、ＥＧＲバルブ８１の開度を維持した状態で、上記ノズルベーンの開度や上記スロットルバルブ６２の開度を調整することで拡散燃焼実行率を低く設定することになる。その後、更に拡散燃焼実行率を低く設定する場合には、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することで拡散燃焼実行率を低く設定していく。
【０１１４】
また、エンジン１が低負荷運転から高負荷運転に移行する際に、筒内の着火前圧力を高くして拡散燃焼実行率を高く設定した場合、スモークが発生する可能性がある。これを回避するべく本実施形態では、筒内の酸素濃度を高くして拡散燃焼実行率を高く設定することでスモークの発生を回避しながら拡散燃焼実行率を高く設定できることになる。具体的な制御動作としては、上記ノズルベーンの開度や上記スロットルバルブ６２の開度を維持した状態で、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することで拡散燃焼実行率を高く設定することになる。その後、更に拡散燃焼実行率を高く設定する場合には、ノズルベーンの開度やスロットルバルブ６２の開度を調整することで拡散燃焼実行率を高く設定していく。
【０１１５】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１１６】
また、上記実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて燃焼室内における予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態をエンジン負荷に応じて適正に制御する場合に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１          エンジン（内燃機関）
３          燃焼室
２３        インジェクタ（燃料噴射弁）
５          ターボチャージャ（過給装置）
６          吸気系
６２        スロットルバルブ（吸気絞り弁）
７          排気系
８          ＥＧＲ通路
８１        ＥＧＲバルブ
【図１】
2011118028.tif 000003
【図２】
2011118028.tif 000004
【図３】
2011118028.tif 000005
【図４】
2011118028.tif 000006
【図５】
2011118028.tif 000007
【図６】
2011118028.tif 000008
【図７】
2011118028.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月27日(2012.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とが個別に実行されるようになっており、
上記燃料噴射弁からの予混合燃焼用燃料噴射と拡散燃焼用燃料噴射とが順に行われることにより、燃焼過程中に、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち予混合燃焼のみが行われる「予混合単独燃焼期間」、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する「オーバラップ燃焼期間」、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち拡散燃焼のみが行われる「拡散単独燃焼期間」の順で燃焼形態が移っていくようになっており、
内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記「オーバラップ燃焼期間」中における予混合燃焼での熱発生量と拡散燃焼での熱発生量との総和である全熱発生量に対する上記「オーバラップ燃焼期間」中における拡散燃焼での熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記「オーバラップ燃焼期間」を長くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記酸素濃度調整手段によって調整される上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力を調整可能な圧力調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記圧力調整手段によって調整される上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項４記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記酸素濃度調整手段は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置による排気ガスの吸気系への還流量を増大させていくことによって上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置による吸入空気の過給量を減少させていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を制限可能とする吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁による吸入空気の制限を大きくしていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、上記燃料噴射弁が、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とを個別に実行するものとする。また、上記燃料噴射弁からの予混合燃焼用燃料噴射と拡散燃焼用燃料噴射とが順に行われることにより、燃焼過程中に、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち予混合燃焼のみが行われる「予混合単独燃焼期間」、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する「オーバラップ燃焼期間」、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち拡散燃焼のみが行われる「拡散単独燃焼期間」の順で燃焼形態が移っていくようにする。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記「オーバラップ燃焼期間」中における予混合燃焼での熱発生量と拡散燃焼での熱発生量との総和である全熱発生量に対する上記「オーバラップ燃焼期間」中における拡散燃焼での熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えさせている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この特定事項により、内燃機関の負荷が比較的高い状況（または、内燃機関の要求出力が比較的大きい状況）では、上記オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率（以下、拡散燃焼実行率と呼ぶ）を高く設定する。このように、拡散燃焼実行率を高く設定した場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性が高く設定されることになる。これにより、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化（不安定化）したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持され、燃焼室内での燃焼を安定的に行うことができる。そのため、特に燃焼の安定化が要求される高負荷運転時において十分な出力を得ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
一方、内燃機関の負荷が比較的低い状況（または、内燃機関の要求出力が比較的小さい状況）では、上記拡散燃焼実行率を低く設定する。内燃機関の高負荷では燃焼期間が長く、燃焼重心を遅角する余裕がない。これに対し、内燃機関の軽負荷では燃焼重心を遅角する余裕があり、拡散実行率の低減が可能である。そのため、このような内燃機関の負荷が比較的低い状況では、拡散燃焼実行率を低く設定し、上記オーバラップ燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きくして、スモーク発生量及びＮＯｘ発生量を共に抑制可能な燃焼形態として排気エミッションの改善を図る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記燃料噴射弁の燃料噴射形態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく構成としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、この場合に、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記「オーバラップ燃焼期間」を長くしていく構成としている。この場合に、上記拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「拡散燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことも挙げられるが、この「拡散燃焼」の燃焼重心の遅角側への移行量は、内燃機関の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、この「拡散燃焼」の燃焼重心は、「予混合燃焼」による筒内予熱量等によっても左右されるものである。尚、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料（例えば上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料）が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「１００％」とした場合において、燃焼度合いが「５０％」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「５０％」に達したときをいう。
【国際調査報告】
2011118028.tif 000010
2011118028.tif 000011
2011118028.tif 000012
2011118028.tif 000013